Внедрение нужного гена или же нужной молекулы ДНК в клетку должно быть произведено таким образом, чтобы не нарушить жизнедеятельность клетки. Внедряемый ген может быть как «диверсантом», которому нужно функционировать в течение определенного срока, так и «резидентом», засылаемым в клетку навсегда. Экспрессия гена в течение определенного срока часто используется в лечебных целях. Излечили заболевание, ген больше не нужен. Кстати говоря, гены можно вводить в клетку, но не вставлять в клеточные молекулы ДНК. Достаточно снабдить каждый пересаженный ген своим промотором – фрагментом, с которого РНК-полимераза будет начинать транскрипцию матричной РНК, и можно считать, что дело сделано, информация с этого гена будет считываться клеткой.
Для внедрения гена в клетку, как уже было сказано выше, можно использовать вирусы-векторы. При создании определенных условий ДНК может проникать внутрь клетки пассивным образом, без помощи каких-либо переносчиков. Транспорт генов в клетку может осуществляться при помощи электрической стимуляции клеточных мембран. С одной стороны, воздействие слабого электрического тока изменяет проницаемость мембраны, а с другой – под действием внешнего электрического поля возможно направленное перемещение частиц (вспомните из курса физики про электрофорез).
У бактерий, помимо одной-единственной «основной» молекулы ДНК, существуют и маленькие, рассеянные по цитоплазме. Такие мини-ДНК (или мини-хромосомы) называются плазмидами.
Клетка бактерии
Если прикрепить к плазмиде ген, то плазмида может выступать в роли переносчика, поскольку бактериальные клетки охотно поглощают чужие плазмиды. Поскольку молекулы плазмидной ДНК невелики
[63], с ними удобно работать. Правда, плазмиды могут выступать в качестве переносчика только при внедрении генов в бактериальные клетки и ни в какие другие.
Существуют устройства, называемые «генными пушками», или «ДНК-пушками». Эти «пушки» обстреливают клетку «снарядами», содержащими трансгены, связанные с частицей металла, например золота или серебра
[64]. Разница с обычным снарядом состоит в том, что у обычного снаряда «начинка» находится внутри, под оболочкой, а в генном «снаряде» гены облепляют частицу металла снаружи.
Схема действия ДНК-пушки
Из генных пушек обстреливают культуры клеток, находящиеся в стандартной микробиологической посуде – круглой чашке Петри. Клетки, находящиеся в центре чаши, обычно гибнут вследствие разрушения их мембран и прочих структур частицами металла, но часть клеток на периферии остается цела. Обстрел клеток из пушек «прямой наводкой» – процедура суровая, и не каждая клетка способна ее выдержать. Чаще всего генные пушки используют для обстрела растительных клеток, которые гораздо прочнее животных клеток.
Вирусы-переносчики ценны тем, что их можно использовать очень широко. Если электростимуляция мембраны малоэффективна, из пушки по клеткам стрелять нельзя и условия для пассивного проникновения создать невозможно, остается уповать на вирусы, которые умеют проникать в клетку и умеют заставить ее синтезировать свои собственные нуклеиновые кислоты, но при этом не наносят выраженного повреждения клеточной ДНК и самой клетке. Вирусу нужно жить в клетке и пользоваться ее ресурсами, поэтому до поры до времени он ведет себя как вежливый квартирант. Для переноса генов используются наиболее агрессивные вирусы, способные проникать практически в любые клетки. Разумеется, с вирусами-переносчиками проводят определенную работу – изменяют, то есть ослабляют их таким образом, чтобы они стали безопасными для клетки. Вектор должен доставить гены в клетку и обеспечить их внедрение в молекулу клеточной ДНК, но никакого вреда клетке при этом он наносить не должен.
От генной инженерии следует отличать инженерию клеточную, представляющую собой набор различных методов гибридизации соматических клеток. Гибридизации, обратите внимание! Получение гибридных клеток при скрещивании двух разных генетически различающихся организмов отличается от целенаправленного изменения генотипа, производимого генными инженерами. Проще говоря, разница заключается в том, что клеточные инженеры работают с клетками, а генные с генами, и методы у каждого свои.
Теперь, после знакомства с методами генной инженерии, самое время ответить на вопрос, зачем нужно пересаживать гены.
Во-первых, для получения желаемых качеств у генетически изменяемого организма, в том числе и способности синтезировать лекарственные препараты.
Во-вторых, для предупреждения и лечения заболеваний.
В-третьих, в научных целях. Генетикам для экспериментов нужно много материала, часть которого создается методом генной инженерии.
Генные инженеры не только пересаживают гены, но и «ампутируют» их, удаляя фрагменты из молекул ДНК. Подобные «ампутации» позволяют, к примеру, повысить устойчивость организмов (преимущественно растительных) к вирусам, ведь каждый вирус запрограммирован природой на внедрение в молекулу клеточной ДНК на определенных участках. Вирус не может прикрепляться куда угодно, у него есть свои мишени. Если вырезать эти мишени из молекул ДНК, то вирус не сможет «перепрограммировать» клетку на собственное размножение.
А теперь давайте поговорим о клонировании.
Начнем с самого главного, с определения. Все знают, что такое клонирование, но толком объяснить этого не могут. А ведь именно с понимания сути процесса и начинает выстраиваться правильное представление о нем.
Клонированием называется получение нескольких генетически идентичных организмов путем бесполого размножения.
Как искусственным, так и естественным путем, обратите на это внимание! Не обязательно создавать клон в лаборатории. Природа «штампует» клоны миллионами и миллиардами! У бактерий клонирование является единственным способом размножения. У растений естественное клонирование наблюдается при различных способах вегетативного размножения, когда дочерняя особь образуется из многоклеточной части тела родительской особи. У животных вегетативное размножение осуществляется посредством деления или почкования (дождевой червь, гидра). Также у животных клонирование происходит при партеногенезе, когда яйцеклетки развиваются во взрослый организм без оплодотворения (скальные ящерицы), и при полиэмбрионии, когда из оплодотворенной яйцеклетки развивается несколько организмов. Полиэмбриония наблюдается в норме у броненосцев, а у человека встречается эпизодически, и тогда рождаются однояйцевые близнецы. Так что клоны сами по себе не являются порождением генной инженерии и уж тем более не являются чем-то «противоестественным».
